2012年第10期總第40卷第260期建筑節(jié)能■墻體與設(shè)計(jì)No, 10 in 2012 (Total No 260, Vol 40)WaLL desigNdoi:10.3969jiss.1673-7237,2012.10.01l建筑用隔熱涂料熱工性能評(píng)價(jià)方法分析邱童(上海市建筑科學(xué)研究院(集團(tuán))有限公司,上海200032)摘要:外墻及屋面通過(guò)采用熱反射隔熱涂料來(lái)提髙太陽(yáng)光反射比和半球發(fā)射率,從而達(dá)到了隔熱降溫α果,結(jié)合上海的氣候特點(diǎn)對(duì)此進(jìn)行了理論分析,參考囯內(nèi)外隔熱涂料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),提岀了涂層穩(wěn)態(tài)表面溫度、等效熱阻、熱惰性修正系等評(píng)價(jià)指標(biāo)及方法為隔熱涂料的效果評(píng)價(jià)提供了理論依據(jù)關(guān)鍵詞:隔熱涂料;節(jié)能效果;建筑節(jié)能;傳熱系數(shù)中圖分類號(hào):TU1.19文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1673-7237(2012)10-004204Thermal Performance Evaluation of Solar Reflecting Coatinghanghai Research Institute of Building Science, Shanghai 200032, China)Abstract: The thermal performance of solar reflecting coating is studied. Based on the heat transfer theoretical analysis, series of evaluating indicators including outside surface tempalent thermal resistance, inside surface maximum temperature and thermal inertiaKey words: solar reflectingthermal performance; building energy efficiency; heat transfer coefficient1概述的重要影響因素,涂層表面暴露于太陽(yáng)光下時(shí),其穩(wěn)地球上能接受到的太陽(yáng)輻射由紫外光、可見(jiàn)光和態(tài)下(涂層表面的太陽(yáng)光吸收量、涂層對(duì)天空的輻射近紅外光線組成,合計(jì)總能量最高可達(dá)1000w/m2以換熱量、涂層與空氣的對(duì)流換熱量以及涂層向室內(nèi)側(cè)上,波長(zhǎng)區(qū)域是02~2.5m。其中紫外區(qū)為02傳遞的熱量達(dá)到穩(wěn)態(tài)平衡)表面溫度T按式(1)計(jì)算,0.38m,能量約占5%;可見(jiàn)光區(qū)為0.38~0,76m,占若為水平屋面,可簡(jiǎn)化為式(2)總能量的45%左右;入射在建筑外表面涂層上的太陽(yáng)al=colsa TM -,Tr)射比P之間的關(guān)系為:a+r+m1。提高涂層的反射比(-了-工輻射被吸收、透射或反射,其吸收比α、透射比r和反(1)RotRρ,可以使涂層表面對(duì)能量的吸收減少,涂層溫度上升al=ao(T-T )+h, T-T) T-T的幅度降低。采用高反射率和髙折光指數(shù)材料是提高R。+R1涂層反射降溫的有效途徑。在大氣環(huán)境中熱量吸收和式中:a為涂層的太陽(yáng)光吸收率,a=1p,;輻射存在馬鞍形現(xiàn)象,在波長(zhǎng)8-~13.5m區(qū)域會(huì)出Ⅰ為太陽(yáng)輻射強(qiáng)度,wm?(依照氣象數(shù)據(jù)取值)現(xiàn)熱量輻射大于吸收,采用紅外輻射材料的涂料能提E為半球輻射率高這一區(qū)域的熱輻射,從而可使涂層表面溫度比環(huán)境σ為波爾茲曼常數(shù),取566961×10w(m2K低。因此,通過(guò)提高太陽(yáng)光反射比和提高輻射率是反T為天空溫度,K射隔熱涂料的主要降溫機(jī)理。h為對(duì)流傳熱系數(shù),取12W(m2K);2隔熱涂料熱工性能分析T為室外空氣溫度,K隔熱涂料在建筑上應(yīng)用的節(jié)能效果可以從以下T為室內(nèi)空氣溫度,K幾種方法進(jìn)行分析:①外表面溫度的計(jì)算:②等效熱R為圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱阻,m2“K/W阻值的計(jì)算:③建筑能耗模擬計(jì)算;④熱惰性及內(nèi)表R,為內(nèi)表面換熱熱阻,0.11m2K/W面最高溫度計(jì)算。xs為外表面相對(duì)天空的角系數(shù)1涂層表面溫度穩(wěn)態(tài)計(jì)算方法x2為外表面相對(duì)地面(即水平線以下區(qū)域)的角太陽(yáng)光反射比和半球輻射率都是涂層表面溫度系數(shù)收稿日期:2012-05-26Eg為地面*基金項(xiàng)目:國(guó)家十二五科技支撐計(jì)劃(2011BAJ03B01)外表面溫YH剛王0△Tgm為涂層外表面夏季晝夜最大溫差,K;△T3=T=-Tsm為涂層外表面夏季夜間最低溫度KAT=T-I根據(jù)以上公式代入GB50176《民用建筑熱工設(shè)計(jì)式中:4T為涂層外表面夏季溫度波幅,K規(guī)范》上海地區(qū)夏季的氣象參數(shù),計(jì)算得到上海地區(qū)T為涂層外表面夏季平均溫度,K;屋面和外墻外表面涂層穩(wěn)態(tài)溫度以及溫度波幅和極Tsms為涂層外表面夏季最高溫度,K限溫差如表1所示表1上海夏季建筑外表面涂層溫度及波幅計(jì)算值太陽(yáng)光反射率005(標(biāo)準(zhǔn)黑色)0.208(標(biāo)準(zhǔn)白色)最高溫度/℃平均溫度/℃C43.640.3水平屋面溫度波幅/C34.323.610.5極限溫差/℃50.5最高溫度/C45.4平均溫度C30.5南向墻面溫度波幅/C14.1極限溫差/℃24.4最高溫度/℃43.5374平均溫度/℃北向墻面溫度波幅/℃11.1極限溫差/C19.316.514.812,4最高溫度/℃平均溫度℃36.932.2東(西)向墻面溫度波幅/C31422.717.6極限溫差/℃39,222等效熱阻計(jì)算式中:F1為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的溫差負(fù)荷現(xiàn)有的節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于墻體和屋面熱工性J1為太陽(yáng)輻射強(qiáng)度,W/m2能的規(guī)定性指標(biāo)以控制傳熱系數(shù)K為主,因此,隔熱sr為反射涂層半球輻射率涂料的節(jié)能貢獻(xiàn)如果以等效熱組(或者稱為當(dāng)量熱阻En為普通涂層半球輻射率的方式計(jì)算將十分方便地應(yīng)用于現(xiàn)有節(jié)能設(shè)計(jì)體系K為外墻傳熱系數(shù),W(m2K)中,等效熱阻的計(jì)算主要以負(fù)荷計(jì)算中的綜合溫度法Fw為外墻面積,m2;理論為基礎(chǔ)建立計(jì)算方法,首先計(jì)算夏季和冬季的傳to為室內(nèi)溫度;熱系數(shù)修正系數(shù),然后計(jì)算全年綜合修正系數(shù),進(jìn)而得到等效熱阻,具體如下。∑為對(duì)時(shí)間的積分符,表示在計(jì)算時(shí)間段內(nèi)溫22.1夏季傳熱系數(shù)修正值計(jì)算差負(fù)荷的疊加隔熱涂料和普通涂料相比,其在整個(gè)夏季對(duì)墻體t為室外空氣溫度傳熱系數(shù)的修正系數(shù)U,可用下式計(jì)算p為隔熱涂料對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收比(1-p)a(-1,)ρn為普通涂料對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收比。由于隔熱涂料的反射比一般大于普通涂料的反&Ce射比,則其吸收比也小于普通涂料的吸收比,則隔熱涂料在夏季對(duì)傳熱系數(shù)的修正系數(shù)υ<1W=EF∑F=KF∑(1-p)/ cC,B-L))2.2.2冬季傳熱系數(shù)修正值計(jì)算在冬季,室內(nèi)空調(diào)設(shè)定溫度高于室外空氣溫度,其修正系數(shù)U表達(dá)式為K∑(+1=B-5C-42-)KF∑(.-4(-p)r E Ce-l,).KF∑+=BCm-=4)中國(guó)煤化工(9)KF∑(CNMHG冬季對(duì)傳熱系數(shù)的修正系數(shù)v>1值及等效熱阻值計(jì)算2.2.3全年傳熱系數(shù)修正值計(jì)算根據(jù)以上公式代入上海地區(qū)典型氣象年的氣象綜合隔熱涂層對(duì)建筑夏季隔熱和冬季保溫效果參數(shù),分別計(jì)算得到冬季和夏季傳熱系數(shù)的修正系數(shù)的影響,得到全年K值修正系數(shù)υo表達(dá)式為:以及等效熱阻值,見(jiàn)表2、3。UF+uEEat(10)23能耗模擬計(jì)算能耗模擬計(jì)算方法現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于建筑節(jié)能式中:U0為全年傳熱系數(shù)修正系數(shù)設(shè)計(jì)中的權(quán)衡計(jì)算,可以針對(duì)不同的單體特點(diǎn)進(jìn)行能E為采暖年耗電量,kw·hm,依據(jù)不同地區(qū)的耗分析,對(duì)于反射隔熱涂料可以直接在建模計(jì)算時(shí)通HDDl8確定;過(guò)改變外墻或屋面太陽(yáng)光反射比進(jìn)行能耗分析,本文E為空調(diào)年耗電量,kw·hm,依據(jù)不同地區(qū)的選取上海某6層住宅模型(如圖1)進(jìn)行計(jì)算,根據(jù)上CDD26確定;海地區(qū)的氣象參數(shù)和建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)置,模擬不22.4上海不同反射比彩色隔熱涂層傳熱系數(shù)修正同反射率變化對(duì)多層建筑能耗的影響,結(jié)果如表4。表2上海不同反射比的彩色隔熱涂層K值修正系數(shù)太陽(yáng)光反射比P≥0.800.80>P,≥0.700.70>10.60>p,≥0.500.50>≥0.40夏季修正系數(shù)≤0.340.34-0.460.46-0.600.60~0.730.73~0.86冬季修正系數(shù)全年修正系數(shù)≤0.800.80~0.840.84~0.870.87~0.910.91~0.95表3上海不同反射比的彩色隔熱涂層K等效熱阻值太陽(yáng)光反射比P≥0.800.80>p1≥0.700.70>p≥0.600.60>p,≥0.500.50>P≥0.40等效熱組/mKW≥0.210.16~0.210.12~0.160.08~0.120.04~0.08表4上海多層不同反射率對(duì)能耗影響分析太陽(yáng)光反射比/夏季負(fù)荷,冬季負(fù)荷/kWh/(m2·a)kW·h/(m2"a)kW.h/(m a)kWh(m·a)31.3333.016.549.518.030.017947.935.032.031.0圖2上海多層不同反射率外墻對(duì)夏季能耗影響圖16層住宅建筑模型24內(nèi)表面最高計(jì)算溫度以及熱惰性指標(biāo)圖2~4分別為夏季、冬季、全年能耗隨反射率變根據(jù)GB50176《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)建化曲線圖,由圖可以看出反射率的提高對(duì)夏季能耗的筑隔熱性能的降低、冬季能耗的增加以及全年綜合能耗的降低幾乎通過(guò)夏季內(nèi)表中國(guó)煤化工熱性能可以呈線性關(guān)系。光反射比和半球CNMH重要因素18.518.0100%圖3上海多層不同反射率外墻對(duì)冬季能耗影響圖4上海多層不同反射率外墻對(duì)全年能耗影響可以通過(guò)以下公式針對(duì)不同氣候條件和不同的基材中通常采用熱惰性指標(biāo)D值來(lái)簡(jiǎn)化表征圍護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算m進(jìn)行隔熱設(shè)計(jì)。隔熱性能。因此,計(jì)算不同太陽(yáng)光反射比對(duì)D值的修0-0,+(+ A)B正系數(shù)◇具有較強(qiáng)的實(shí)際操作性。D=RS=. RigcRT·R=1+Ra=+4(1-p)≤CO=t)D·R0.15K(13)6.=D,g7R(15)rage0.5K式中:8.m為內(nèi)表面最高溫度,℃為內(nèi)表面平均溫度,℃式中:D為圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱惰性指標(biāo)值:A為室外綜合溫度波幅值,℃δ為圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱惰性指標(biāo)修正系數(shù);A為室內(nèi)計(jì)算溫度波幅值,℃R為圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱阻,m2KWU0為圍護(hù)結(jié)構(gòu)衰減倍數(shù);S為圍護(hù)結(jié)構(gòu)蓄熱系數(shù),W(m'K)為室內(nèi)空氣到內(nèi)表面的衰減倍數(shù);λ為圍護(hù)結(jié)構(gòu)平均導(dǎo)熱系數(shù),W(mK)B為相位差修正系數(shù)g為圍護(hù)結(jié)構(gòu)密度,kgm4為室內(nèi)計(jì)算溫度平均值,℃,取=1+15℃c為圍護(hù)結(jié)構(gòu)比熱容,J/(g·K)D為有隔熱涂層的圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱惰性指標(biāo)為室外綜合溫度平均值,℃D為有普通涂層的圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱惰性指標(biāo)?！錇槭彝庥?jì)算溫度平均值,℃代入上海地區(qū)的典型氣象參數(shù)計(jì)算得到上海夏Ro為圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱阻,m2KW;季傳熱系數(shù)的修正系數(shù)。0=1.70-188,p=0.80不同為平均太陽(yáng)輻射強(qiáng)度,Wmi反射比彩色隔熱涂層熱惰性指標(biāo)D值修正系數(shù)計(jì)算計(jì)算內(nèi)表面最高溫度比較繁瑣,在實(shí)際工程應(yīng)用如表5所示。表5不同反射比的彩色隔熱涂層D值修正系數(shù)太陽(yáng)光反射比0.80>p≥0.700.70>p2≥0600.50>9≥0.40D值修正系數(shù)1.85~1.55155~1.35135~1.211.21~1.093結(jié)論roofs in two small non-residential buildings[J]. Energy, 2003(28): 953-967綜合以上分析可以看出,外表面溫度的計(jì)算、等②2重徐強(qiáng)等建筑外場(chǎng)隔熱涂料節(jié)能效果實(shí)測(cè)研究U新型建筑材效熱阻值的計(jì)算、建筑能耗模擬計(jì)算、熱惰性及內(nèi)表*20。98082面最高溫度計(jì)算4種方法都可以用于建筑反射隔熱3]許錦峰等熱反射外涂料的節(jié)能機(jī)理與效果分析建筑節(jié)能,涂料節(jié)能效果分析,其中等效熱阻法在節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)最200603為簡(jiǎn)便易操作,可作為節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)定性指標(biāo)的補(bǔ)充,4童,范宏武等熱反射隔熱星面的應(yīng)用研究巾建筑節(jié)能201012)能耗模擬計(jì)算也可以方便用于單體建筑能耗的權(quán)衡5859計(jì)算,外表面溫度、內(nèi)表面最高計(jì)算溫度以及熱惰性5BT25261-200建筑用反射隔熱涂料S指標(biāo)值可用于隔熱設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)參考文獻(xiàn)作者簡(jiǎn)介:邱童(19中國(guó)煤化工,工程師,建筑JH Akbari. Measured energy savings from the application of reflective Ti能研究室副主任。.HCNMHG